铜及铜合金PPT课件

连续炼铜炉
硫化铜精矿 (20～30%Cu)
干燥 熔池熔炼炉
干燥 闪速炉
干燥 电炉
干燥 反射炉
干燥 密闭鼓风炉
冰铜 (30～55%Cu) 转炉或连续吹炼炉
粗铜 (98.5%Cu) 火法精炼炉
阳极铜 (99.5% Cu) 电解精炼
电铜 (99.95%～99.99% Cu)
冰铜制取
冰铜熔炼所用原料主要是铜精矿和含铜的返料，除了有Cu、Fe、S等元 素外，还含有SiO2、CaO、MgO等。熔炼时如下发生反应：
机械和运输车Βιβλιοθήκη Baidu制造：阀 门和配件、仪表、滑动轴承、 模具、热交换器和泵等。
化学工业：制造真空器、蒸 馏锅、酿造锅等。
国防工业：子弹、炮弹、枪 炮零件等，每生产100万发子 弹，需用铜13～14吨。
建筑工业：管道、管道配件、 装饰器件等。
性能：
高导电性； 高导热性； 高耐蚀性； 优良的韧性和延展性； 合适的强度。
⑵硫化物氧化 FeS + 1.5O2 = FeO + SO2 FeS2 + 2.5O2 = FeO + 2SO2 3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 Cu2S + 1.5O2 = Cu2O + SO2
⑶铁的氧化物及脉石造渣反应
2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 ⑷燃料的燃烧反应
第4章 铜及铜合金
4.1 概述 4.2 铜的制取 4.3 纯铜 4.4 铜合金
4.1 概述
最早使用的金属是铜。史前时代就开始采掘露天铜矿，用铜制 造武器、工具和其他器皿。
铜在地壳中的含量约为0.01%。铜多以铜矿物存在。铜矿物 与其他矿物聚合成铜矿石，铜矿石经选矿而成为含铜较高的铜精 矿。
铜矿石分为三类： ⑴硫化矿：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)。 ⑵氧化矿：赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝铜矿 [2CuCO3·Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO3·2H2O)。 ⑶自然铜
4.2 铜的提取
铜的制取方法：火法冶金、湿法冶金。 火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上80％左右
的铜由火法炼铜方法生产。 通过熔融冶炼和电解精炼生产出阴极铜（电解铜），
适用于高品位的硫化铜矿、旧废铜和新废铜。 旧废铜来自旧设备、废弃的楼房和地下管道；新废铜
来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50％左右)。废铜 供应较稳定，废铜可以分为：裸杂铜:品位在90％以上； 黄杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜 和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。
氧化过程
铜中多数杂质对氧的亲和力大 于铜，且杂质氧化物在铜水中的 溶解度很小。粗铜中主要是铜， 杂质浓度低，根据质量作用定律， 铜先氧化：
冰铜熔炼方法
传统熔炼方法 现代炼铜方法
鼓风炉熔炼方法
反射炉熔炼方法
电炉熔炼方法 熔池熔炼方法
诺兰达法 瓦纽科夫法 白银法 奥斯麦特法 三菱法
漂浮熔炼方法
闪速熔炼法 基夫赛特法
奥托昆普法 印柯法
粗铜的制取
液态冰铜经在水平转炉中进行吹炼制得粗铜。 吹炼的目的：利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几 乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。 转炉吹炼分为两个阶段： 第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应； 第 二 阶 段 ： 造 铜 期 ， 主 要 进 行 Cu2S 的 氧 化 及 Cu2S 和 Cu2O的相互反应，最终获得粗铜。 造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放 炉渣。造铜期无需加溶剂，不产出炉渣。
⑴高价硫化物、氧化物及碳酸盐的分解 在1200℃ 以上，所有高价化合物均会发生离解反应。
FeS2 ＝ FeS ＋ 0.5S2 FenSn+1 = nFeS + 0.5S2 2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 0.5S2 2CuS = Cu2S + 0.5S2 2Cu3FeS3 = 3Cu2S + 2FeS + 0.5S2 3NiS = Ni3S2 + 0.5S2 氧化铜和碳酸盐的离解反应： 2CuO = Cu2O + 0.5O2 CaCO3 = CaO + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 离解生成的S2被炉中的氧化气氛氧化为SO2。
转炉示意图
粗铜火法精炼
粗铜含有各种杂质和金银等贵金属（ 0.25~2% ）。这些杂质影响 铜的物理化学性质和用途。
火法精炼的目的：尽量除去粗铜中的杂质，为电解精炼提供合格 的铜阳极板。
火法精炼在回转阳极炉或反射炉内进行。每一精炼周期包括装料、 熔化、氧化、还原和浇铸五个工段，其中氧化和还原工段是最关键工 段。
一辆普通家用轿车的电子和电动附件所须铜线长达1公里。 法国高速火车铁轨每公里用10吨铜。 波音747-200型飞机总重量中铜占2%。
铜被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防 工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。
电气、电子工业：应用最广、用量最大，占总消费量一半 以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器的绕阻，开关以及 印刷线路板等。
铜矿石中铜的含量1％左右（0.5％～3％）便有开采价值，用 浮选法把矿石中一部分脉石等杂质除去，得到含铜量较高（8 ％～35％）的精矿砂。
距今4000年前的夏朝已使用红铜（天然铜）。1957年和1959年在 甘肃武威皇娘娘台遗址发掘出铜器近20件，铜器中铜含量99.63%～ 99.87%。
战国时代《周礼·考工记》：金有六齐。六分其金而锡居一，谓 之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居 一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金 而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。
C + O2 = CO2 2H2 + O2 = 2H2O CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2
冰铜是在熔炼过程中产生的、以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它 金 属 硫 化 物 （ 如 Ni3S2 、 Co3S2 、 PbS 、 ZnS 等 ） 、 贵 金 属 （ Au 、 Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及微量脉石成分的 多元系混合物。